存在于土壤颗粒表面、未被水分占据的孔隙中和溶于土壤水中(溶液中)的空气。土壤空气的数量、组成和更新状况对植物生长,特别是对根系的发育和生长影响极大;土壤的生物学过程、化学过程和养分的有效性也与土壤空气有关。
土壤通气状况常根据土壤的空气含量、通气孔隙、通气量、氧化还原电位、气体扩散系数,土壤空气中氧的含量、氧扩散率、二氧化碳分压,呼吸系数,还原性物质总量或土壤的颜色和气味等加以判断。
来源与存在状态
土壤空气主要来源于近地表的大气。但也有部分是土壤呼吸过程和有机质分解过程的产物。根据空气在土壤中存在的状态分为自由态(即游离态),吸附态和溶解态3种。自由态空气指存在于土壤中未被水分占据的孔隙中的气体,其容量主要取决于土壤颗粒的排列状况和水分的含量;吸附态空气指吸附,土壤颗粒表面的气体,其容量决定于土壤颗粒的比表面积和气体分子结构的偶极矩;溶解态空气指溶解于土壤水(或溶液)中的气体,其容量受气体分压、温度和气体成分的溶解度决定。 3种状态中以自由态空气最为活跃,其次是溶解态。
组成
土壤空气的组成大体上与大气组成相近似。早在1852年,法国学者J.B.布森戈就首先确定了土壤空气组成的容积百分含量:氮为78.80~80.24%;氧为10.35~20.03%;二氧化碳为0.74~9.74%。与大气相比,其氧含量较低,而氮和二氧化碳含量较高。渍水土壤的空气中还含有一定数量的还原性气体如甲烷、硫化氢和氢,有时还有磷化氢、二硫化碳、乙烯、乙烷、丙烯和丙烷等。但土壤空气的组成常随季节、昼夜、土壤深度、土壤水分、作物种类和生长期的不同而变化。
更新
土壤空气的更新主要是靠土壤空气与大气间的相互交换,包括气体质流和气体扩散。前者服从于达西定律,后者服从于费克定律。影响土壤中气体质流的因素包括气象因子(温度、气压、风和降水等)、土壤因子(结构性、水分含量和通气孔隙等)、生物因子(动植物和微生物的活动等)和人类生产活动因子(耕作、施肥和排灌等)。1904年E.白金汉提出土壤气体扩散常数D与土壤自由孔隙度S的平方成正比:D=KS。式中比例常数 K为扩散系数。1940年H.L.彭曼提出土壤气体扩散的基本方程:。式中D为土壤气体的扩散系数;D0为气体在大气中的扩散系数;S为孔隙度;L为气体通过的直线距离;Le为气体通过的实际距离;用相对扩散系数作为气体扩散的指标。近期的研究多围绕土粒的粗细、形状以及孔隙的大小、形状和质量等因素对彭曼方程提出种种修改。
调节
土壤空气的含量主要取决于土壤的通气性,而土壤通气性则受土壤中孔隙的多少和大小比例决定。通常合理耕作,轮作和灌水、排水等措施可以达到调节土壤空气含量和组成的目的。